Исследование волновых фильтрационных процессов с целью развития технологий импульсного воздействия на продуктивные пласты

Проект направлен на разработку теоретических основ термогазохимического воздействия на нефтегазовые пласты, например с помощью импульсов давления, создаваемых горением пороховых зарядов. Основной проблемой в этом направлении является развитие теории взаимосвязанных тепловых и волновых процессов в скважине и пласте как едином резонаторе. Применимость классической теории для таких процессов ограничена, поскольку уравнение движения, представленное законом Дарси, не учитывает инерционных сил, возникающих за счёт изменения скорости во времени и пространстве. Учет инерционных сил существенно усложняет задачи, описывающие поля давления в реальных коллекторах нефти и газа, и требует развития физических основ теории и дополнительных экспериментальных исследований. Впервые основное внимание в проекте будет уделено теоретическому и экспериментальному исследованию взаимосвязанных фильтрационно-волновых полей давления и температуры, возникающих в слоистых анизотропных пористых пластах при термогазодинамическом воздействии, инициирующем упругие волны и выделение тепла. Основными задачами проекта являются: 1) построение теории взаимосвязанных нестационарных фильтрационно-волновых и температурных процессов, инициированных термогазодинамическим воздействием, в слоисто-неоднородной анизотропной среде с учетом фазовых переходов; 2) развитие математических методов решения задач о температурных и упругих волновых полях в пласте и скважине при термогазодинамическом воздействии; 3) создание конечно-разностных программ и аналитико-численные расчёты температурных и полей давления в реальных коллекторах нефти и газа при термогазодинамическом воздействии на пласт; 3) построение асимптотических решений задач сопряжения, описывающих нестационарные поля давления и температуры в продуктивном пласте и окружающих породах с учетом источников тепла, инициированных горением порохового заряда в интервале перфорации скважины; 4) оценка возможностей возникновения трещин в продуктивном пласте при различных режимах горения порохового заряда в скважине; 5) совершенствование лабораторной установки по изучению полей давления и температуры в пористой среде при импульсно-волновом воздействии. Актуальность обусловлена ситуацией, складывающейся в нефте- и газодобывающей промышленности. Анализ современной практики показывает, что основным методом интенсификации нефтегазоизвлечения является гидроразрыв пласта. С применением этой технологии добывается четверть российской нефти. Разработка теоретических основ, позволивших создать и развить этот метод, была осуществлена советскими учеными (Христианович С.А., Желтов Ю.П.). Позже эти разработки получили значительное развитие и воплощение в технологиях и механизмах за рубежом, при финансовой поддержке нефтяных компаний США. Таким образом, нефтегазодобывающая отрасль России поставлена в зависимость от импортных технологий. В сложившихся экономических условиях нефтегазодобывающие компании России заинтересованы в импортозамещении. Одним из наиболее перспективных методов воздействия на продуктивный пласт с целью интенсификации нефтеизвлечения является газодинамический разрыв пласта. В основе данного метода лежит использование механической энергии газов, образовавшихся в результате сгорания специального порохового заряда в интервале перфорации скважины, для трещинообразования в продуктивном пласте. Однако, широкое применение указанного метода ограничено отсутствием удовлетворительной теории процессов в скважине и пласте, происходящих при высокоамплитудных температурных и упругих импульсных воздействиях. Следствием этой проблемы является невозможность прогноза результатов воздействия и условий обеспечения целостности обсадной колонны и цементного кольца. Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования нестационарных взаимосвязанных полей давления и температуры в пластах при газодинамическом воздействии представляют новое наукоёмкое направление исследований и представляет ряд актуальных научных проблем, решение которых имеет важное прикладное значение. Научная новизна проекта заключается в том, что: - будет развита теория нестационарных взаимосвязанных фильтрационно-волновых и температурных процессов в пласте и скважине, инициированных термогазодинамическим воздействием. Впервые будет систематически учтён вклад инерционных процессов в волновые поля давления; - впервые будут получены аналитические выражения для волновых полей давления и температуры в слоисто-неоднородной анизотропной среде, которые обеспечат нахождение условий трещинообразования в пласте и оценки размеров трещин; - будут созданы конечно-разностные программы и выполнены аналитико-численные вычислительные эксперименты, на основе которых уточнены представления о физических процессах, происходящих при термогазодинамическом воздействии в реальных скважинных условиях, и на этой основе разработаны рекомендации по совершенствованию технологии воздействия; - будут выполнены уникальные лабораторные исследования импульсных волновых полей в пористой среде и экспериментально проверено наличие предсказанного теоретически эффекта низкочастотного торможения.